Хотя технология IPSC все еще нуждается в усовершенствовании и уточнении, ее вклад в моделирование заболеваний и исследования трансплантации клеток уже получил широкое признание. Новые технологии, включая прямое клеточное перепрограммирование и редактирование генов, оптимизируют применение технологии iPSC в медицине будущего. Ожидается, что с этого времени прогресс в развитии IPSC и связанных с ними технологий породит новые критерии стратификации пациентов и регулирования клинических исследований на основе отзывчивости лекарственных средств, а технология iPSC будет способствовать более точной медицине в будущем.
Известно, что препараты, используемые в моделях животных, не всегда эффективны для человека. Например, систематическое изучение воспаления показало, что изменения экспрессии генов у мышей слабо коррелируют с изменениями, наблюдаемыми у человека. Многие генетические варианты, связанные с болезнями человека, находятся в регионах, не имеющих кодировки и сохраняющих относительно мало эволюционного характера, что означает, что их внедрение в организм животных вряд ли приведет к появлению фенотипов, имеющих отношение к заболеваниям человека. Кроме того, может быть также сложно одновременно воссоздать прирост и потерю функции болезнетворных белков при заболеваниях человека путем генерации простых трансгенных или нокаутирующих мышей.
Кроме того, один из статиновых препаратов, компактин, едва достиг уровня клинических испытаний на человеке, так как он был неэффективен для крыс, несмотря на то, что был должным образом подтвержден у людей. Такие расхождения подчеркивают важность использования человеческих клеток для оценки наркотиков. Первостепенное значение имеет установление фактического стандарта моделирования заболеваний, включая контроль качества IPSC. Однако моделирование болезни IPSC сталкивается с рядом препятствий. Установлено, что гетерогенные популяции клеток существуют после дифференцировки от IPSCs, и клетки не способны синхронизировать стадии развития клеточных популяций. Эти различия в эффективности дифференциации и созревании клонов объясняются неполным перепрограммированием, изменчивостью генетического фона, эпигенетической памятью или эрозией инактивации Х-хромосом.
Надежная дифференцировка или очистка/обогащение клеток-мишеней
Используя промотор клеток или клеточный поверхностный антиген, можно изолировать и получить клетки-мишени с одинаковой степенью созревания, даже если идеальная чистота еще не стала возможной. Одним из надежных методов дифференцировки является стимуляция транскрипционных факторов для прямой дифференцировки, т.е. прямое репрограммирование, которое может быть использовано для стимуляции определенных типов клеток, включая нейроны, кардиомиоциты, потомков клеток крови, гепатоцитоподобных клеток и хрящевой ткани, а также для определения судьбы зародышевых клеток. При таком подходе возможно моделирование заболеваний. Основное преимущество технологии прямого клеточного репрограммирования/индуцирования клеток заключается в том, что она хорошо работает в больших когортах образцов. С другой стороны, существует ограничение по количеству исходных соматических клеток, используемых в качестве ресурса, что означает, что, хотя индуцированные клетки пригодны для анализа большой когорты, они не показаны для использования в крупномасштабном анализе с использованием одной строки.
Прямое клеточное репрограммирование/индуцированная клеточная технология также имеет преимущества с точки зрения анализа нескольких образцов, стоимости и времени, а также созревания клеток; предпочтение отдается IPSC в плане редактирования генов, тот факт, что они являются неограниченным ресурсом и могут дифференцироваться в большое разнообразие клеток. Несмотря на то, что прямое клеточное программирование имеет недостаток - неспособность генерировать возобновляемый источник программируемых клеток, несколько лабораторий недавно показали, что программирование может быть достигнуто для быстрорастущей популяции нейронных клеток-прекурсоров, которые затем могут быть распространены и впоследствии дифференцированы в зрелые нейроны и глию. Кроме того, слияние технологии прямого клеточного репрограммирования с IPSC позволило бы получить гибридную технологию, пропагандирующую достоинства обеих технологий, о чем уже сообщалось в отношении нейронов, гепатобластов и миоцитов. Эта гибридная технология будет еще более полезной после того, как появится возможность генерировать более быстрые, простые и недорогие IPSC.
Моделирование ниш заболевания по дополнительным условиям
Генетические факторы могут не проявлять функциональных дефектов в моделях IPSC в условиях базовой культуры и могут потребовать использования стрессогенных факторов для борьбы с клеточными культурами. Кроме того, многие нейродегенеративные заболевания являются поздними заболеваниями, и их основные фенотипы могут не проявиться легко в течение короткого периода времени в культуре. Чтобы имитировать процесс старения, может быть наложен клеточный стресс или могут быть исчерпаны трофические факторы.
Высокочувствительная система обнаружения
Проблема выявления тонких, но значимых фенотипов в долгосрочных культурах требует применения множества дополнительных показаний. Одноклеточный продольный анализ выживаемости в режиме реального времени с использованием флуоресцентных генов репортеров позволил определить различия в выживаемости клеток. Одноклеточное профилирование экспрессии должно прояснить уровни неоднородности популяции в культурах in vitro, а достижения в области медиакультуры и автоматизированной обработки клеток должны обеспечить точность и последовательность, которые будут необходимы. Кроме того, были протестированы специфические антитела против внутриклеточных патогенов, и их разработка будет продолжена.
Оптимальные настройки управления
Учёные считают, что дедуктивный и индуктивный контроль действителен для получения положительного (болезнь) и отрицательного (неболезнь) контроля над iPSC.
Если сравнить изогенные линии клеток, то в настоящее время нет четкого ответа на вопрос, сколько изогенных пар должно быть проанализировано. Кроме того, когда дедуктивные клоны образуются в результате введения мутаций в контроль человеческих линий IPSC/ESC/ESC, защитные аллели могут перехватывать экспрессию болезненных фенотипов.
Клеточная трансплантация
Технология IPSC вносит свой вклад в исследование клеточной трансплантации. Преимущества iPSC заключаются в следующем: Можно использовать аутологичные клетки, подавляющие риск отторжения и инфекции, бороться с болезнями, вызванными дефектами одного гена, можно путем индивидуальной замены генов в клетках и аллогенных клетках здоровых людей. В докладе мышиной модели серповидноклеточной анемии - генетического заболевания крови, вызванного дефектом гена b-глобина, - была приведена концептуальная иллюстрация терапевтического использования КИПСЦ в качестве наглядного примера. В этом исследовании для трансплантации мутантной линии IPSC с коррекцией генов путем гомологической рекомбинации в мутантных мышах для лечения болезни использовалась мутантная линия IPSC. С помощью нечеловеческой модели PD приматов было показано, что аутотрансплантаты вызывают лишь минимальный иммунный ответ в мозгу приматов, а аутотрансплантаты имеют преимущество перед аллотрансплантатами даже в иммунологически привилегированных местах. В отличие от этого, использование аутологичных ЦПИПов от каждого человека неизбежно приведет к высоким медицинским расходам.
Поскольку генерация IPSC с использованием современных методов занимает более трех месяцев, такой временной график вряд ли является оптимальным для эффективного лечения некоторых заболеваний, таких как травма спинного мозга. Кроме того, аутотрансплантаты при спорадических заболеваниях могут содержать фенотипы болезни. По этим причинам следует подчеркнуть важность рассмотрения возможности использования аллогенных линий IPSC для трансплантационной терапии. Многочисленные клоны IPSC могут быть легко созданы на основе разнообразия доноров-кандидатов с подтвержденными состояниями здоровья и типами лейкоцитов человека (HLA), необходимыми для создания клонов IPSC клинического класса.